激光技术诞生于城十世纪六十年代初期,它的发明促进了诸多领域的技术发展。激光具有光束能量密度集中﹑单色性好﹑方向性好﹑相干性好等独特的优点。因此,在自然界任何一种光源都有无法与激光相比。激光在现代国防﹑工业﹑农业﹑医学﹑通讯﹑生物等各个领域都得到广泛的应用。
目前,激光焊接已广泛应用于机械﹑电子﹑化工﹑航天航空等行业金属零部件的焊接,具有焊接精度高焊逢平整﹑无污染﹑无需焊料等优点,能完成传统工艺无法实现的精密焊接。本公司的生产精密脉冲ND:YAG激光器,利用传统的光学传统系统,也可采用光纤耦合聚集,使用方便。激光器性能稳定可靠,寿命长,也可以使用激光器既可以激光焊接,也可以激光打孔,一机多用途,告别适用于激光加工车间的自动化生产线。
激光是一种受辐射的特殊光源。从这种光源发射出来的激光,经过种种技术途径可以做到其频率﹑相位﹑方向和偏振状态等都完全相同,因而激光具有许多宝贵的特性,可归纳为高亮度﹑单色性﹑方向性和相干性强等四个方面。由于激光具有这四大特点,所以激光束可以在时间上和空间上,实现高度的集中,强大的激光束,经过焦点后,可以形成微细的光斑,从而达到极高的功率密度(如105~109W/cm)
当激光束照射到材料表面时,由于材料吸收光能后转变为热能,使材料加热升温,改变材料的物理化学性质或将照射区的材料熔融,甚至汽化溅出,将材料去除或破坏。
当激光束照射到材料表面时,一部分光束被反射,一部分被吸收。金属材料对不同波长激光的反射率见表1。反射率还与金属材料表面的光洁度有关,光洁度愈高,反射率愈大。
表1 几种金属对1060nm激光的反射率
金属名称波长 铝 铬 铜 镍 银 钢
1060nm 0.93 0.50 0.91 0.75 0.97 0.63
3﹑激光焊接机工作中的特殊的效应
1) 焊缝净化效应:激光束是一种非常干净的热源,比其它各种焊接热源都要干净,它不但不会玷污工件,反而能对材料起净化作用,由于材料中的氧化物等杂质对激光的收率要高多的,当激光束照射到焊缝上时,焊缝中的氧化物等杂质被迅速加热并汽化逸出,使焊缝中的杂质含量大量减少,从而显著地改善和提高焊缝的机械强度,使性能与母材相当甚至高于母材。例如,在HY-130高强度钢的焊接中,焊缝中的氧﹑氮﹑碳含量均比母材中的含量低,特别是氧的含量公为母材中的含氧量的47~65%,硫﹑氢的含量基本没变,这也表明,在焊接中不产生附加的氢污染。
2) 深溶焊的小孔效应:在功率密度高达106~107W/cm的-激光束的照射下,其能量输入焊缝的速率远远大于热传导、对流、辐射散失的速率,使得激光照射区的金属迅速汽化,在高压蒸汽的作用下,在熔池中开成小的孔穴,这种孔穴如绝对黑体一样,可将入射的光能全部吸收,激光束通过这种孔穴直射孔底,其孔穴的深度决定着熔化的深度。
3) 光爆冲击效应:当激光功率密度很高时,在强大的激光束的照射下,焊缝中的金属急剧汽化,在高压金属蒸汽的作用下,使熔池的金属溶液产生爆炸性溅射,其强大的冲击波向孔穴的深度方向传播,形成长的深孔。在激光不断移动焊接的过程中,周围的熔融的金属不断填充孔穴,凝结成牢固的深熔焊缝。
4) 熔池中孔穴侧壁对激光的聚集效应:在激光照射下熔池中天成孔穴的过程中,由于入射到孔穴侧壁的激光束的入射角通常较大,使入射光束在孔穴侧壁受到反射而传向孔穴的底部,因而出现孔穴中光束能量叠加的现象,有效的增加孔穴中光束强度。
5) 激光的等离子体效应:在大功率激光焊接时,金属蒸汽从熔池孔穴高速向外喷射,在高能激光束的作用下产生等离子体,如同羽毛一样发亮,又称等离子体羽。它可以大量吸收光能而被加热,加热后的等离子体,对激光的吸收率的更高,并可使光束散射,因而导致焊接的威力显著降低。为了消除这种不良影响,通常采用斜向气流将激光照射区的等离子吹走,一般用氦气。此外,在激光焊接中,还采用与光束同轴的辅助气体,用于保护透镜和焊缝。 |